一种纺丝用沥青原料的预处理方法

1.一种纺丝用沥青原料的预处理方法,其特征在于包括如下步骤：
(1)将中间相沥青原料用研钵将其磨碎，过200目筛，使中间相沥青颗粒直径在80μm以下；
(2)将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，将釜内压力加至0.5-
4.5MPa或保持釜内真空条件；
(3)加热中间相沥青原料到软化点以上50-100℃，对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，处理时间为1.0-8.0h，处理时间结束后停止搅拌；
(4)处理结束待釜内温度降到软化点以下时，卸除釜内压力或停止抽真空；再在真空状态下将釜内温度加热至软化点以上40-110℃，对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，恒温抽真空时间为1.0-10.0h；
(5) 恒温时间结束后停止搅拌，静置1.0-4.0h后调整到纺丝温度，原料经过计量泵后进行纺丝。

一种纺丝用沥青原料的预处理方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种沥青原料的预处理方法，具体涉及一种纺丝用中间相沥青原料的预处理方法。\n技术背景\n[0002] 碳纤维具有密度小、强度大及耐热好等优点，对特种设备特别是航空航天器的发展起到举足轻重的作用。目前来说根据原料的不同主要有PAN(聚丙烯腈)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维三大种类。沥青基碳纤维主要分为中间相沥青碳纤维及通用级沥青碳纤维，其中中间相沥青碳纤维由于其高导热、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数小等优异的物化性能，航空航天器材对其的依赖性越来越大。目前纺丝用中间相沥青原料主要源自精萘、甲基萘、蒽油、菲油等化工原料合成的中间相沥青原料，也包含由煤渣油或沥青、石油渣油或沥青等调制的中间相沥青原料。\n[0003] 合成中间相沥青原料中含有一定量的单体未脱除，而渣油或者沥青调制的中间相沥青原料中则轻组分等含量较多；另外，合成或者调制的中间相原料中均含有一定程度的水分或者空气、惰性气体等杂质。由此中间相沥青直接进行纺丝，可能造成纺丝过程中存在断丝现象频繁、丝径不均一、纤维难以细旦化等现象。断丝现象频繁可以决定沥青原料的取舍，而纤维丝束内丝径较粗、丝径不均一对后处理有较大的影响。丝束较粗则不容易预氧化，且高耗能；而丝径不均一的纤维束的预氧化所需温度及时间均有差异，同一束丝在相同预氧化条件下的强度则相差较大。因此要得到纤维性能相差比较小的中间相沥青碳纤维，则要求控制原丝的直径及其分布。而要得到能够连续稳定纺丝且直径细、丝径均一的中间相沥青纤维，要求严格控制原料内部所含水分、空气或惰性气体等气泡、残余单体以及调节轻组分的含量。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是提供一种纺丝用沥青原料的预处理方法，用该方法处理过的原料能够连续稳定纺丝，且能得到直径细且均一性好的中间相沥青原丝。\n[0005] 本发明所采用的技术方案是：\n[0006] (1)将中间相沥青原料用研钵将其磨碎，过200目筛，使中间相沥青颗粒直径在80μm以下；\n[0007] (2)将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，将釜内压力加至\n0.5-4.5MPa或保持釜内真空条件；\n[0008] (3)加热中间相沥青原料到软化点以上50-100℃，对釜内熔融的中间相沥青进行搅拌，处理时间为1.0-8.0h，处理时间结束后停止搅拌；\n[0009] (4)处理结束待釜内温度降到软化点以下时，卸除釜内压力或停止抽真空；再在真空状态下将釜内温度加热至软化点以上40-110℃，对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，恒温抽真空时间为1.0-10.0h；\n[0010] (5)恒温时间结束后停止搅拌，静置1.0-4.0h后调整到纺丝温度，原料经过计量泵后进行纺丝。\n[0011] 本发明具有以下优点：\n[0012] 本发明所涉及的方法采用加压热处理，以及抽真空热处理。能够脱除中间相沥青原料中所含水分、空气、惰性气体、残余单体、调节轻组分含量，从而能够调节中间相沥青原料的纺丝性能。具有以下有点：①中间相沥青原料可以长时间连续稳定纺丝；②纤维细旦化且能够有效控制；③纤维直径的均一性得到提高；④经过后处理的中间相沥青纤维的力学性能丝之间相差较小。\n具体实施方式\n[0013] 为了更好理解本发明内容，下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所述的范围。\n[0014] 实施例1\n[0015] 本实施例所使用的原料为精萘合成的中间相沥青原料，软化点为272℃。\n[0016] 步骤一：将合成的中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使中间相沥青颗粒直径在80μm以下。\n[0017] 步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，将釜内压力加至3.5MPa。\n[0018] 步骤三：将釜内温度升至340℃，控制热处理时间为5.5h。\n[0019] 步骤四：釜内温度到达340℃后对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，使得热处理充分。\n[0020] 步骤五：热处理结束待釜内温度降到软化点以下时，卸除釜内压力。真空状态下将釜内温度升至350℃，恒温抽真空时间控制在5.0h。\n[0021] 步骤六：温度升至350℃时对釜内熔融中间相沥青进行搅拌。\n[0022] 步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置3.0h后将釜内温度调整到纺丝温度320℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。\n[0023] 由本实施例预处理的中间相沥青原料经纺丝时，有以下几个特点：\n[0024] 1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的23.65％降低到20.71％；\n[0025] 2、纺丝过程中极少发生断丝现象，其连续可纺长度可达10000米以上；\n[0026] 3、纤维平均丝径由处理前的15.70μm降低到12.45μm；\n[0027] 4、纤维丝径的离散系数由处理前的8.06％降低到0.90％。\n[0028] 实施例2\n[0029] 本实施例所使用的原料为煤沥青调制的中间相沥青原料，软化点为250℃。\n[0030] 步骤一：将调制的中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使中间相沥青颗粒直径在80μm以下。\n[0031] 步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，抽真空保持釜内真空状态。\n[0032] 步骤三：将釜内温度升至345℃，控制热处理及真空时间为3.5h。\n[0033] 步骤四：釜内温度升至345℃后对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，使得热处理充分。\n[0034] 步骤五：热处理结束待釜内温度降到软化点以下时，真空状态下将釜内温度升至\n330℃，恒温抽真空时间控制在2.5h。\n[0035] 步骤六：温度升至330℃时对釜内熔融中间相沥青进行搅拌。\n[0036] 步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置1.0h后将釜内温度调整到纺丝温度314℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。\n[0037] 由本实施例预处理的中间相沥青原料经纺丝时，有以下几个特点：\n[0038] 1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的23.14％降低到20.62％；\n[0039] 2、纺丝过程中较少发生断丝现象，其连续可纺长度可达5000米；\n[0040] 3、纤维平均丝径由处理前的17.45μm降低到15.25μm；\n[0041] 4、纤维丝径的离散系数由处理前的7.31％降低到1.29％。\n[0042] 实施例3\n[0043] 本实施例所使用的原料为精萘合成的中间相沥青原料，软化点为258℃。\n[0044] 步骤一：将合成的中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使中间相沥青颗粒直径在80μm以下。\n[0045] 步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，将釜内压力加至1.7MPa。\n[0046] 步骤三：将釜内温度升至308℃，控制热处理时间为7.0h。\n[0047] 步骤四：釜内温度到达308℃后对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，使得热处理充分。\n[0048] 步骤五：热处理结束待釜内温度降到软化点以下时，卸除釜内压力。真空状态下将釜内温度升至310℃，恒温抽真空时间控制在8.0h。\n[0049] 步骤六：温度升至310℃时对釜内熔融中间相沥青进行搅拌。\n[0050] 步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置3.5h后将釜内温度调整到纺丝温度300℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。\n[0051] 由本实施例预处理的中间相沥青原料经纺丝时，有以下几个特点：\n[0052] 1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的22.79％降低到20.65％；\n[0053] 2、纺丝过程中极少发生断丝现象，其连续可纺长度可达10000米以上；\n[0054] 3、纤维平均丝径由处理前的13.75μm降低到11.88μm；\n[0055] 4、纤维丝径的离散系数由处理前的9.84％降低到1.24％。\n[0056] 实施例4\n[0057] 本实施例所使用的原料为石油沥青调制的的中间相沥青原料，软化点为237℃。\n[0058] 步骤一：将调制的中间相沥青原料进行研磨，过200目筛，使中间相沥青颗粒直径在80μm以下。\n[0059] 步骤二：将中间相沥青原料加入纺丝釜内，通入高纯氮气置换三次后，将釜内压力加至0.9MPa。\n[0060] 步骤三：将釜内温度升至317℃，控制热处理时间为4.0h。\n[0061] 步骤四：釜内温度到达317℃后对釜内熔融中间相沥青进行搅拌，使得热处理充分。\n[0062] 步骤五：热处理结束待釜内温度降到软化点以下时，卸除釜内压力。真空状态下将釜内温度升至322℃，恒温抽真空时间控制在1.5h。\n[0063] 步骤六：温度升至300℃时对釜内熔融中间相沥青进行搅拌。\n[0064] 步骤七：恒温时间结束后停止搅拌，静置2.5h后将釜内温度调整到纺丝温度285℃，原料经过计量泵后，通过150孔喷丝板进行纺丝。\n[0065] 由本实施例预处理的中间相沥青原料经纺丝时，有以下几个特点：\n[0066] 1、中间相沥青原料的挥发份含量由处理前的27.46％降低到23.58％；\n[0067] 2、纺丝过程中很少发生断丝现象，其连续可纺长度可达8000米以上；\n[0068] 3、纤维平均丝径由处理前的16.85μm降低到13.28μm；\n[0069] 4、纤维丝径的离散系数由处理前的8.28％降低到1.35％。